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Etude des processus microphysiques et radiatifs et télédétection spatiale


    1.1 L’interaction aérosol–nuage

La composition chimique des noyaux de condensation dans la troposphère reste peu documentée et les travaux dans ce domaine n’ont toujours pas levé l’ambiguïté des mécanismes d’initialisation de la phase glace. Les processus de nucléation des aérosols sur la formation des nuages constituent des problèmes non résolus et la quantification des effets anthropiques pose des problèmes expérimentaux, lesquels sont abordés à travers la stratégie expérimentale proposée dans les projets AMMA, ASTAR et POLARCAT avec en particulier la mise en œuvre de l’instrument CVI à bord de l’ATR42 de SAFIRE.

L’étude des processus de nucléation des aérosols sur la formation des nuages en phase mixte (nuages de couche limite en région Arctique) est abordée à travers la stratégie expérimentale proposée dans les projets ASTAR et POLARCAT avec la mise en œuvre de la plate-forme de mesures aéroportée (NP, CPI et notamment l’instrument CVI à bord de l’ATR42 durant POLARCAT). L’efficacité relative des aérosols jouant le rôle de CCN et/ou d’IN semblent être un point critique dans l’équilibre entre la persistance d’une couche d’eau surfondue au sommet de la couche limite nuageuse et l’efficacité de production des précipitations (cristaux de glace) et subséquemment sur la durée de vie du système nuageux.

Dans le cadre de AMMA, l’objectif principal est l’étude de l’hygroscopicité de l’aérosol avec la caractérisation en basse troposphère des particules d’aérosols hors nuages (en SOP1, SOP2a1 et SOP2a2) ainsi que les hydrométéores des couches nuageuses stratiformes (en SOP2a2). L’efficacité hygroscopique des aérosols en terme de CCN est étudiée selon le type d’aérosol (carbonate et/ou silicate) ainsi que l’effet de ‘coating’ des aérosols hydrophobes par des espèces hygroscopiques (sulfate, nitrate, chlorite).


    1.2 Sur l’importance de la forme des cristaux de glace dans l’interaction nuage – rayonnement

Campagne AMMA

La base d’images de cristaux de glace acquises à partir des sondes microphysiques PMS lors des vols effectués durant la campagne AMMA, permet de définir un « exposant de rugosité », basé sur la croissance des irrégularités des images avec leurs tailles (et/ou ages). Cet exposant, dont l’estimation purement géométrique est indépendante de la concentration (et/ou de la teneur en eau condensée) des hydrométéores  est lié aux processus de croissance de la population d’hydrométéores observée.  Cette approche permet d’améliorer sensiblement l’estimation du facteur de réflectivité et débouche sur des objectifs de validation des produits de télédétection satellitaire.


Campagne ASTAR

La synergie expérimentale consiste à coupler les mesures de l'indicatrice de diffusion des cristaux de glace (NP) avec leurs propriétés morphologiques (CPI) afin de relier la forme typique de cristaux de glace avec leur propriété optique dans le visible. Une analyse statistique des indicatrices de diffusion permet d’identifier des zones de nuages présentent des propriétés optiques similaires, lesquelles sont bien corrélées avec les propriétés morphologiques des cristaux de glace spécifiques. Ceci constitue une première étape pour le développement de paramétrisations réalistes capable de coupler propriétés optiques et forme des cristaux.
     

Campagne SPICE (Pôle Sud)

            Le jeu de données collecté durant SPICE (NP et CPI) à la station Amundsen-Scott permet de documenter plusieurs situations typiques observées en Antarctique (diamond dust, blowing snow, brouillard d’eau surfondu). Ces observations offrent un champ d’application unique pour :

(i) l’évaluation des effets de forme des cristaux sur les propriétés optiques et radiatives relatives à ces situations

(ii) de fournir des données quantitatives sur les propriétés microphysiques des nuages dans les modèles régionaux en Antarctique. 

Télédétection spatiale multi-observationnelles


Ce thème concerne l’exploitation scientifique d’observations de télédétection spatiale sans précédent avec la mise en orbite réussie des satellites CALIPSO et CloudSat de l’A-Train. L’extraction des paramètres physiques déduits de la télédétection nécessite en premier lieu la mise en œuvre de méthodologies de validation et d’interprétation qui sont abordées d’une part, par l’observation in situ et d’autre part au moyen de la modélisation numérique.

télédétection spatiale
Cliquer sur l'image pour visionner les illustrations de la validation calipso


    Méthodologies pour la validation par l’observation

La réalisation des campagnes AMMA (nuages tropicaux), CIRCLE-2 (cirrus aux latitudes moyennes), ASTAR et POLARCAT (nuages Arctiques) ont permis d’obtenir des jeux d’observations très documentés avec plusieurs séquences de vol parfaitement coordonnées avec les observations des satellites CALIPSO et CloudSat, mais également avec les mesures de télédétection (RALI et CLIMAT) sur l’avion Falcon de SAFIRE au cours de CIRCLE2.

L’exploitation de l’ensemble des observations disponibles permet :

- d’interpréter les produits de niveau 2 de CALIOP (à bord de CALIPSO) en termes de coefficient d’extinction et de phase thermodynamique des particules ;

- de proposer des relations entre le coefficient d’extinction et le contenu en glace dans les cirrus ;

- de valider les réflectivités radar issues de CloudSat avec les mesures in situ dans les nuages tropicaux, en région arctique et dans les cirrus ;

- de proposer des relations entre la reflectivité radar avec le contenu en glace et le diamètre effectif dans les types de nuages ci-dessus.





     

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